ナノテクノロジー

小さい家に住むブームがナノサイズにまで過激化–光ファイバーの先端に家を

今や世界中で、ヒップな若者たちは、だれがいちばん小さくて奇抜でかわいい家に住んでるかを競っている。でも今回のそれは、彼ら全員に勝つ。ナノサイズのロボットが大工道具の代わりにイオンビームを使い、折り紙の技法で作ったこの世界最小の家は、奥行きが20ミクロンだ。比較のための参考としては、それはほとんど、マンハッタンのロワーイーストサイド(Lower East Side)のスタジオみたいに小さい。

これを作ったFemto-ST Instituteが所在するフランスは、とくにちっちゃい家ブームが激しいが、でもここの研究者たちは遊んでるわけではない。ナノサイズの複雑な構造物は、いろんな産業で必要とされている。たとえば特殊な放射線センサーやバイオセンサーを光ファイバーの先端に取り付ければ、これまで見れなかったところを調べられるだろう。

この家は、同社が開発したツールの実用精度をデモするために作った。組み立てを行ったロボットはμRobotexと呼ばれ、それ自身はナノスケールではない。しかしその作業精度は2ナノメートルととても小さい。

μRobotexのオペレーターはまず、切断した光ファイバー（人間の毛髪より細い）の先端にシリカの薄層を置く。それからイオンビームを使って壁の形を切り抜き、窓やドアを加える。壁は、一部を切り取り、そのほかは切れ目をつけるだけなので、そのとき加える力により折りたたんで両端を合わせられる。

それらの部材が完成したら、μRobotexは道具をガス噴射システムに持ち替えて、各面を互いにくっつけていく。最後に、屋根の上にタイル状のパターンを“射出”することまでする。

概念実証としてこの家を作ったチームは、今度はカーボンナノチューブの先端という、もっと小さい構造物をねらっている。この家の窓を楽に通り抜けるぐらいの。

研究者たちのペーパーは、Journal of Vacuum Science and Technologyに載っている。

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（翻訳：iwatani(a.k.a. hiwa）

DNA利用のナノボットがガン細胞攻撃に成功――折紙方式で畳まれ、標的で抗がん剤を放出

SFのように聞こえるが現実の話だ。今日（米国時間2/12）、Nature Biotechnologyに発表された論文によると、自律的に作動する微小なロボットによって抗がん剤を標的細胞に有効に送り込む実験がハツカネズミで成功したという。

このDNAナノボットはガン細胞を探し出し、その細胞への血液供給を妨げる薬品を注入する。その結果、ガン細胞はやがて死滅するという仕組みだ。

「腫瘍細胞を持つハツカネズミによる実験で、われわれは　腫瘍細胞に特異的に結合するトロンビンを運搬するDNAナノボットを静脈注射によって投与した結果、腫瘍組織に血管内血栓形成を引き起こし壊死に至らせ、また腫瘍の成長を妨げることを実証できた」と論文は説明している。

DNAナノボットというのは薬剤投与における新しいコンセプトで、特別に合成され日本のオリガミのように畳まれるDNAシートを微小ロボットとして用いるものだ。

DNAナノボット：Nature Biotechnology 2018

この研究を行ったチームが人間の乳がんを持つハツカネズミにDNAナノボットを注射したところ、48時間以内にナノボットは乳がん内のガン細胞を発見してに結合し、ガン組織への血液供給を阻害、組織を壊死させることができたという。

論文によれば、この実験で重要な点は、血液凝固因子をもつトロンビンを付着させたナノボットが標的とするガン細胞以外に血栓を引き起こさなかったことだという。

The s研究チームはまたBamaミニブタにナノボットを投与し、健康な組織に血栓を引き起こさなかったことを実証した。これによりハツカネズミより大型の動物でも安全であることが示された。

この研究チームによれば、最終目標は、この薬剤投与方法を人間に対しても確立することだ。もちろん実際の治験に進む前にさらに多数の研究が必要だという。

そうであっても、今回の実験の成功はガンの治療における大きなブレークスルーだ。現在の抗がん剤によるケモセラピーはガンであろうとなからろうとすべての細胞に届いてしまう。DNAナノボットを用いる方法に比べると野蛮だ。ナノボットはガン細胞に特異的に結合し、そこで抗がん剤を放出するのでガン細胞だけを壊死させる。近い将来、この手法が人間のガン治療において承認され大きな効果をもたらすことが期待される。

画像：: KTSDESIGN/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images

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（翻訳：滑川海彦@Facebook Google+）

誰でもDNA折り紙の達人になれるアルゴリズムが開発された

高さ数インチのものをプリントしたいのなら、プラスチックを押し出して成形すれば良い。しかし、ナノスケールのものが必要ならDNAを使うのが良いだろう。でも、DNA1塩基単位でデザインして組み上げる時間のある人などそうそうはいない。しかし、今回の新しい研究成果を使えば、形さえ決めればあなたもDNA折り紙の達人になれる。A、T、G、Cをどのような順番で並べれば良いかはアルゴリズムが全部決めてくれるのだから。

DNAの構造は単純な二重らせんのみである必要はない。塩基の順番をいじくったり他の分子を入れ替えたりすることで、DNA鎖を右に鋭く旋回させたり、こちら向きやあちら向きに曲げたり出来る。また、深い洞察力があれば、一本鎖のDNA鎖を撚り合せ畳み込んで、有用な幾何学的構造体を作る事も出来るのだ。

そういった構造体はドラッグデリバリー (訳注：薬を体内でターゲットとなる部位まで一旦輸送してから放出する技術）に使ったり、CRISPR-Cas9の遺伝子編集因子のようなツールを内側にセットしたり、さらには情報を格納したりするのに使うことが出来る。

しかしこれまでの問題としては、例えば12面体をデザインするというのはとんでもなく複雑なことで、そのような何千塩基対にも渡る複雑な分子を人の手で組み上げることは事実上不可能だった。MIT、アリゾナ州立大学、ベイラー大学の研究者たちはまさにその問題の解決を試み、その成果が本日、サイエンス誌に公開された。

「この論文によりこれまでの問題は180度反転することになるでしょう。つまり、これまでは構造体を合成する際、専門家がそのために必要なDNAをデザインしていました。しかし、これからは構造体そのものが開始点なのです。その為に必要なDNAの配列は自動的にアルゴリズムにより決定されます」と、MITのMark Batheはプレスリリースで述べた。

基本的に、ユーザーは閉曲面を持つ3次元の形状をプログラムに指定するだけで良い。それは多面体や、もう少し丸みを帯びた、例えばトーラスや、もう少し対称性のないティアードロップ状のものでも良い。相応の仕様の枠内でデザインする限り、一旦デザインをコンピューターに渡してしまえば、ユーザーはそれ以上何もしなくて良い。

今回研究者たちが創り上げたアルゴリズムは、その構造体の枠組みを形成する為にDNAをどのような塩基配列で並べれば良いかを厳密に決定してくれる。それは一本鎖DNAであり、それ自身が曲がり撚り合わさって3次元的形状を形成する。アルゴリズムにはDAEDALUSというカッコいい名前も与えられた。DNA Origami Sequence Design Algorithm for User-defined Structuresから来たものだが、頭文字的にあまり合ってないのはご愛嬌だ。

どんな形状で試しても魔法のようにうまく行く。もちろん、実際に狙った3次元の形状が形成されているかは低温電子顕微鏡を使った単分子3次元解析により確認している。

医学や遺伝子編集分野での利用価値は明らかだが、研究者たちが望んでいることは、このテクノロジーが急速かつ劇的に利用しやすくなることにより、前述の領域の枠に留まらない新たな利用法が創出されることだ。

例えば、DNAを使った情報保存はこの技術により飛躍的に簡便になる可能性がある。このアルゴリズムを使うことで極めて独自性の高い構造を作り、その一部をバイナリーデータを書き込むのに使用することが出来るようになるかもしれない。要するにそれはDNAで出来たナノスケールのROMディスクという訳だ。なんと素晴らしい。

「この複雑なプロセスを自動化することにより、この極めて強力な分子デザインの枠組みを利用する人が飛躍的に多様化することを願っています」とBatheは言った。

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（翻訳：Tsubouchi）

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